電源散熱效果大比拼 大風扇VS小風扇_金河田 ATX-S650(至強版...

2020-12-23 中關村在線
    電源

散熱是用大風扇還是小風扇呢?這個問題其實一直以來都是一個非常惹人爭議的問題。在目前的電源零售市場中,頂置大風扇直吹散熱電源佔據了半壁江山。「12cm大風量靜音風扇」這句話是一些電源品牌宣傳是的必殺技,在這樣的宣傳攻勢下,讓許多消費者都誤認為8cm的小風扇是將要out了的淘汰品。但是,不知大家是否思考過,大風扇為何一直沒有被寫入

ATX

標準?為什麼品牌機市場仍然流行「淘汰級」小風扇?要知道很多著名品牌的拆機電源都是很優秀的。


    事實究竟是怎樣呢?今天,筆者在論壇中發現一位網友非常詳細的介紹了電源散熱大風扇與小風扇的比較,下面就給大家細細道來吧。   

    首先我們先了解一下小風扇和大風扇兩種散熱設計。  

  1.小風扇設計(即後置8cm風扇)

    這是ATX電源最標準的設計,也常用在EPS

伺服器電源

上。後置8cm風扇的散熱方式如上圖所示,在後置風扇形成的負壓作用下,空氣從前方柵格進入,沿與散熱片平行的方向流經散熱片和電容、電感、變壓器等發熱元件,最後被後置風扇抽出。在後置小風扇的設計中,散熱片通常為全高尺寸,比較厚,大功率型號中常呈T形或L形。外殼側面對應散熱死角的位置一般留有開孔,使得空氣從此進入冷卻附近的元件,如位於一次側的PFC電感、大電容等,位於二次側的濾波電容等。通常來講這種一點吸風多點進風的傳統設計能為內部元件提供充分的散熱,不容易造成散熱盲區,散熱片有充分的散熱面積,在前後式通風設計的

機箱

中也與整體風道相協調。

 

    雙層PCB結構的電源(上圖)必須使用小風扇散熱,其內部風道仍然是與散熱片平行的。

    還有一種推拉式的小風扇設計(下圖),這種設計在EPS電源上比較多,前置後置各一個8cm風扇分別負責向內吹風和向機箱外抽風。這種將EPS方案直接移植到發燒電源市場,個人覺得喙頭多於實際意義。況且進風口風扇距離原件很近,較大的風阻肯定會增加該風扇的噪音。

    2.「大風車」設計(即頂置大風扇直吹)
    

    頂置大風扇直吹散熱方式的優勢在於大尺寸風扇帶來的大風量和低轉速,一般在中載以下可以取得比後置8cm風扇設計更低的噪音。(風扇距離出風口較遠也是一個原因,但個人認為不是主要原因)       

    但這種設計容易在風扇軸線和內角造成散熱死區,氣流在這些區域會形成旋渦,而沿著旋渦軸線方向氣流並不流動,從而無法形成對流散熱。

    另外,由於風扇靠近電源後端的部分距離出風口較接近,這部分風量在壓差下大部分被直接排出電源外。為了改善「大風車」設計的散熱效果,不少廠商在死區附近開孔(這會將熱量排入機箱),或者在風扇上安裝擋風片。

    3.兩種設計的比較及結論
       

    風扇的工作噪音主要有三個來源:軸承的摩擦與振動、扇葉的振動、風噪。一般來說,風扇的噪音取決於風扇的轉速,且沒有很好的解決方法,除非將來使用無頁風扇。       

    邊長8cm的風扇,轉速約2000rpm即可獲得不錯的風量及很低的噪音,即便低於此轉速也可保證尚可的風量,充分體現了大口徑風扇的優勢;進一步提高轉速至約3000rpm,可獲得相當不錯的風量與風壓,噪音仍然較低;轉速超過5000rpm便可列入「暴力」扇之列,噪音急劇增加,挑戰人耳的忍耐極限。       

    邊長12cm的風扇,轉速約1200rpm即可獲得不錯的風量及很低的噪音,低於此轉速雖然風量尚可,但風壓較弱,所幸多用於液冷散熱排等風道式散熱片,用於計算機開關電源散熱則對空氣流動設計提出了一定要求;進一步提高轉速至約1500rpm,即可獲得較大的風量,噪音仍可接受;轉速超過2000rpm,便可獲得頗大的風量,風壓尚可,礙於扇葉較大等不利條件,噪音會急劇增加。       

    為了取得相同的風量,8cm風扇的轉速肯定更高。大部分8cm風扇在2500轉以內可以做到靜音,並取得不錯的風量和風壓。風扇噪音與轉速並不是簡單的線性關係,而是在轉速超過某一個值之後噪音明顯增加。假如電源有比較高的效率,並使用優質的小風扇也一樣可以靜音。而大風扇由於軸線上有距離很近的障礙物,不少廠商還安裝了擋風片,這些都會增加風扇噪音。       

    綜合看來,小風扇是最有利於電源內部散熱的,而大風扇在較低轉速下可以取得更低的噪音。滿載時如果大風扇轉速較快,在障礙物帶來的風阻和嚴重的湍流作用下,噪音也會非常可觀。       

    至於廠商為什麼要不遺餘力地向大家推薦大風扇電源,其實很簡單。風扇是電源當中唯一大家看得見的部件,成本很低,又可以提升賣相,何樂不為。而且大家又覺得大風扇一定能靜音,有需求當然就有供給了。廠家設計

產品

,是把市場需求放在第一位的,並不是把產品本身放在第一位的。

    那麼,有沒有比現行的小風扇和大風扇更好的電源散熱方法呢?       

    我們來看一個大小風扇結合的例子。下圖是一個頂置14cm+後置8cm的電源,但這種設計中兩個風扇風量的控制,以及對散熱效果的影響如何還不太清楚。個人覺得可能喙頭的成分更多一些吧。

    再來看最近越來越多的無扇電源。無風扇電源通常是每家廠商零售產品中的高端,雖然瓦數不高,但典型負載到滿載的效率要儘可能高,用料要耐受無扇工作下的高溫條件,同時外殼也要有良好的散熱條件。

    最後,我們應該如何選擇產品呢?    

1.買大還是買小?不要糾結
       

    買電源更應關注電源性能,假如對風道沒有特殊要求,風扇大小其實不必在意。大風扇也有噪音很大的產品,小風扇也有非常靜音的產品。是否靜音主要取決於廠商的溫控策略。當然和風扇種類也有關係,見文後附上的介紹。   

2.考慮機箱風道
       

    如果是上置電源的機箱,大風車風扇可以及時吸走

CPU

的熱量,但同時也會使自身溫度升高;小風扇電源溫度會低一些,而且可以避免機箱頂部存在氣流死區。如果是下置電源的機箱,大風車風扇直接從機箱外進風,電源會非常涼快,有利於電源的穩定,延長使用壽命,但灰塵也會比較大;小風扇電源不會很涼快,但也不會成為

吸塵器

。有人喜歡將下置大風車電源反裝,有興趣的可以嘗試一下。   

    對於無扇電源,在正壓風道的機箱內,大部分熱量會排到機箱外;負壓風道機箱內,大部分熱量會排到機箱內。而且無扇電源的大量開孔會對機箱風道的設計帶來一定的不便,需要特別注意。

    最後附上風扇介紹:    

常見品牌

:ADDA(協禧)、SUNON(建準)、DELTA(臺達)、YATE LOON(悅倫)、PROTECHNIC(MAGIC,永立)、EVERFLOW(鑫賀)、SUPERRED(千紅)、SANYO DENKI(San Cooler或San Ace,三洋)、GLOBEFAN(ZAWARD)、NMB(美蓓亞)、Nidec(日電)、YOUNG LIN TECH(永林興)、XFAN(欣瑞聯)、T&T等。


    常見軸承介紹:
    含油軸承(Sleeve Bearing):

亦稱自潤軸承或油封軸承。由扇葉轉子、馬達定子和驅動迴路等構成,借著軸芯與軸承之樞接,隨著磁場感應而運轉。其優點是結構簡單、成本低廉、耐衝擊,使用初期,潤滑油均勻填充軸芯與軸套間的空隙,令轉動平滑穩定,因而工作噪音很低,軸承磨損少。缺點是其噪音會隨著潤滑油的揮發耗損而增大;灰塵易被吸入馬達核心而與軸承周圍的潤滑油混合成油泥,造成運轉噪音,甚至卡死不轉;軸承內徑容易磨損,因此不適合高轉速的「暴力型」風扇,也無法達到「長壽」的目標,壽命多在5000~8000小時。   

滾珠軸承(Ball Bearing):

有雙滾珠軸承和單滾珠軸承之分。前者的風扇轉軸套在上下兩層有若干鋼珠的軸承軸心中,配合彈簧使用,扇葉繞軸心轉動時鋼珠即跟著轉動;後者則是滾珠軸承搭配油封軸承的方式,來降低雙滾珠軸承風扇的成本和噪音量。雙滾珠軸承阻力小、壽命長、耐衝擊差,又因軸芯、滾珠、軸套間空隙較大,容易發生振動,還具有工作噪音大的不足之處。但由於磨損小,產品壽命很長,可達50000~100000小時。單滾珠軸承則是為了彌補雙滾珠軸承成本高、噪音大等不足之處的折衷產物,採用其它形式軸承與一道滾珠軸承配合,對軸芯進行支撐。與滾珠軸承配合的軸承可選範圍很大,從傳統的含油軸承到磁懸浮軸承,目前都有產品可見,而使用較多的仍然是含油軸承與單道滾珠的組合。此種組合中,含油軸承只起小部分的支撐作用,磨損較單獨工作中大幅減少;同時,還可減少雙滾珠軸承產生的震動,降低工作噪音。 通常號稱「單滾珠軸承」或「滾珠軸承」的風扇即採用此類單滾珠+含油的軸承,可兼顧壽命、成本與噪音。通常產品壽命根據與單滾珠搭配的軸承種類存在一定差距,一般在40000小時以上。   

來福軸承(Rifle Bearing):

酷冷至尊的專利產品,在傳統含油軸承基礎之上改進而成。來福軸承在軸芯表面增加了反向螺旋型的導油槽,旋轉過程中令潤滑油反向回流,減少損耗,並在底部設置儲油槽,增加儲油量,避免含油流失。改進後壽命較含油軸承有大幅提升,但成本僅小量增加,是延長風扇壽命的經濟型解決方案。通常產品壽命可達40000小時以上。   

流體保護系統軸承(Hypro Bearing):

協禧(ADDA)的專利產品,同是在傳統含油軸承基礎之上進行多項改進而成。Hypro軸承所進行的改進包括: 1.減小軸芯與軸套間的接觸面積; 2.增加了儲油槽與循環油路系統; 3.採用硬度更高的新型合金作為軸承材料。 Hypro與液壓軸承可謂殊途同歸,兩種設計各自採用了一些獨到的改進措施,但精髓同為循環油路系統,各方面的表現也基本相當。通常產品壽命可達50000小時以上。   

磁懸浮軸承(Magnetic Bearing):

風扇工作時磁浮力吸住扇葉使風扇轉子與定子之間保持一定的間隙,並成360°定軌定點穩定旋轉。解決了傳統馬達風扇運轉時的晃動與震動問題。同時,扇葉旋轉是懸空的,軸心與軸承並無直接接觸摩擦,故低噪音、耐高溫、震動小、長壽命(50000小時左右)。另外,其防塵罩設計也可防止灰塵進入,且可隔絕部分噪音。因此說,磁懸浮軸承融合了含油軸承和滾珠軸承的優點,克服了其不足。AVC的液壓軸承就是一種磁懸浮軸承。利用磁力懸浮結構配合高度油膜潤滑,有效減小了運轉的噪音、延長了風扇使用壽命。   

液壓軸承(Hydraulic Bearing):

AVC專利產品,是在傳統含油軸承基礎之上進行多項改進而成的。液壓軸承可以在保持甚至低於含油軸承噪音水平的同時達到雙滾珠軸承的轉速、工作溫度與壽命。通常產品壽命可達50000小時以上。但AVC的扇子在電源中很少見到,紫標液壓扇就更不可能了。   

汽化軸承(VAPO Bearing):

同樣為含油軸承改進而來。所進行的改進包括: 1.軸芯表面及軸套內表面採用經特殊加工處理的材料,加強軸承表面硬度,使其更加耐磨、耐高溫。 2.導入磁浮設計,令轉子運行於固定軌道之上,減少晃動、摩擦。 3.省去了墊圈,油封等零件,使潤滑油揮發所產生的氣體可順利排出,避免在內部凝結造成淤塞,氣化軸承也正因此而得名。 由上述特點可以看出:VAPO軸承是結合了磁懸浮設計,在含油軸承基礎上略加強化與簡化的產物,並非獨立技術,仍應歸入磁懸浮軸承之列。   

納米陶瓷軸承(NANO Ceramic Bearing):

其結構與含油軸承類似,由納米級高分子材料與特殊添加劑(如陶瓷粉)充分融合、使用衝模及燒結工藝製成。具有堅固、光滑、耐磨、長壽(80000~100000小時)的特性。由於納米陶瓷軸承的結構與傳統油封軸承並無太大區別,製造工藝簡單,但由於材料成本較高,最終

價格

偏高。

    介紹了這麼多,不知道對廣大的網友購買電源來說有沒有幫助,其實道理很簡答,不要盲目的隨大流認為12cm的大風扇的效果一定是好的,也不要認為8cm的小風扇一定是效果不好的。我們應該根據自己的具體需求選擇合適的電源。只選對的,不選貴的!


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